一种检测土壤溶液重金属铅离子的电化学传感器及其构建方法技术

本发明专利技术公开了一种检测土壤溶液重金属铅离子的电化学传感器及其构建方法。所述电化学传感器以在基底电极表面依次修饰有Fe/ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种检测土壤溶液重金属铅离子的电化学传感器及其构建方法


[0001]本专利技术涉及环境分析
，具体涉及一种检测土壤溶液重金属铅离子的电化学传 感器及其构建方法。

技术介绍

[0002]重金属铅离子(Pb
2+
)的毒性较强，即使在痕量水平也会对大脑、肾脏、血液、神经 等器官造成严重损害，而且其具有非生物降解性，一旦进入人体很难被排除。由于污水灌 溉、化肥农药滥用以及冶炼、化工等工业废渣、废液、废气不合理排放等，导致土壤重金 属污染严重。重金属铅会被农作物吸收，在动物体内积累，进而会在食物链的生物放大作 用下，成千百倍的富集进入人体，对人类健康造成严重危害。
[0003]近年来，由于重金属铅造成的污染事件屡次发生，土壤重金属污染信息的快速、准确 获取是土壤重金属污染监控和治理的基本要求。因此，开发一种快速、准确的土壤重金属 铅的检测方法，对土壤重金属污染治理和农产品安全保障具有重要意义。
[0004]目前常用的铅离子的检测方法有：电感耦合等离子体发射光谱、石墨炉原子吸收分光 光度法等。但需要复杂的土壤预处理、检测成本高、需要专业人员操作且仪器体积庞大， 无法用于土壤重金属的现场检测。
[0005]电化学分析方法具有仪器设备简单、样品需要量少、灵敏度高等特点，尤其适用于具 有电化学活性的物质的直接分析检测。重金属铅离子具有良好的电化学活性，目前用于测 定铅离子的电化学分析方法主要有极谱法、溶出伏安法和离子选择电极法等。但土壤中的 物质成分复杂，含有多种金属阳离子、阴离子以及丰富的有机质等，重金属的伏安信号易 受土壤中复杂成分的干扰，从而降低了电化学分析法对土壤溶液中重金属铅离子检测的灵 敏性和准确性。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术，在国家重点研发计划项目(2018YFC1801001)的支持下，本发 明提供了一种检测土壤溶液中重金属铅离子的电化学传感器及其构建方法。本专利技术通过在 基底电极上依次修饰Fe/ZIF
‑
8、纳米金颗粒(AuNPs)和Pb
2+
‑
DNAzyme，构建能够特异 性检测土壤溶液中重金属铅离子的电化学传感器。本专利技术构建的电化学传感器抗干扰能力 强，能够在复杂的土壤环境中实现对重金属铅离子的特异性检测，而且检测灵敏度高、稳 定性强。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一方面，提供一种电化学传感器，所述电化学传感器以在基底电极表面依 次修饰有Fe/ZIF
‑
8、AuNPs和Pb
2+
‑
DNAzyme的电极为工作电极。
[0009]优选的，所述基底电极为玻碳电极(GCE)。
[0010]优选的，所述Pb
2+
‑
DNAzyme包括底物链S1和酶链S2；所述底物链S1的核苷酸序 列
如SEQ ID NO.1所示；所述酶链S2的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。具体如下：
[0011]底物链S1：5
’‑
HS
‑
(CH2)6‑
SS
‑
(CH2)6‑
TTTCATCTCTTCTCCGAGCCGGTCGAAATAGT GAGT
‑3’
；(SEQ ID NO.1)
[0012]酶链S2：5
’‑
ACTCACTATrAGGAAGAGATG
‑3’
。(SEQ ID NO.2)
[0013]注：酶链S2中的“rA”表示的是RNA碱基。
[0014]进一步的，所述电化学传感器还包括：参比电极和对电极。
[0015]本专利技术的第二方面，提供上述电化学传感器的构建方法，包括以下步骤：
[0016](1)将Fe/ZIF
‑
8加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中，超声分散得到Fe/ZIF
‑
8悬浮液； 将Fe/ZIF
‑
8悬浮液滴加到预处理后的基底电极表面，干燥，得到Fe/ZIF
‑
8/GCE电极；
[0017](2)在Fe/ZIF
‑
8/GCE电极上沉积纳米金颗粒，得到AuNPs/Fe/ZIF
‑
8/GCE电极；
[0018](3)将Pb
2+
‑
DNAzyme的底物链S1与酶链S2进行温育反应，得到杂交后的混合液； 将混合液与三羧乙基膦(TCEP)溶液混合，得到DNAzyme混合液；将DNAzyme混合液 滴加到AuNPs/Fe/ZIF
‑
8/GCE电极表面，通过金硫键将DNAzyme结合到电极上，用巯基 乙醇(MCH)封闭未结合的作用位点，洗涤，干燥，制备得到工作电极 DNAzyme/AuNPs/Fe/ZIF
‑
8/GCE。
[0019]优选的，步骤(1)中，基底电极预处理的方法为：基底电极经打磨、浸泡、超声清 洗后，将其插入0.5M H2SO4溶液中，以50mV/s在
‑
0.4～0.8V范围进行循环伏安法扫描活 化，达到稳定状态；再将电极放置在含0.1M KCl和5.0mM Fe(CN)
63
‑
溶液中，测定峰位 差，保证在120mV以内。
[0020]优选的，步骤(1)中，Fe/ZIF
‑
8悬浮液中Fe/ZIF
‑
8的含量为0.5～1.5mg/mL；更优选 为1mg/mL。
[0021]优选的，步骤(2)中，将Fe/ZIF
‑
8/GCE电极浸入0.1％的氯金酸溶液中，采用恒电位 法在Fe/ZIF
‑
8/GCE电极上沉积纳米金颗粒。
[0022]优选的，步骤(3)中，温育反应的温度为37℃，时间为4min。
[0023]优选的，步骤(3)中，DNAzyme混合液中脱氧核酶的浓度为1μM。
[0024]本专利技术的第三方面，提供上述电化学传感器在检测土壤溶液重金属铅离子的应用。
[0025]本专利技术的第四方面，提供一种利用上述电化学传感器检测土壤溶液中重金属铅离子的 方法，包括以下步骤：
[0026](1)将上述电化学传感器的工作电极浸入到含有不同浓度铅离子的缓冲溶液中30 min，将电极取出，清洗干燥后再浸入到含0.1M KCl和5.0mM Fe(CN)
63
‑
溶液中，采用差 分脉冲伏安法在
‑
0.2～0.6V范围进行扫描检测，建立差分脉冲伏安电流值的变化与铅离子 浓度的对数之间的线性方程；
[0027](2)取待测土壤溶液，将电化学传感器的工作电极浸入到待测土壤溶液中30min， 将电极取出，清洗干燥后再浸入到含0.1M KCl和5.0mM Fe(CN)
63
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学传感器，其特征在于，所述电化学传感器以在基底电极表面依次修饰有Fe/ZIF
‑
8、AuNPs和Pb
2+
‑
DNAzyme的电极为工作电极。2.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述基底电极为玻碳电极。3.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述Pb
2+
‑
DNAzyme包括底物链S1和酶链S2；所述底物链S1的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述酶链S2的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的电化学传感器，其特征在于，所述电化学传感器还包括：参比电极和对电极。5.权利要求1
‑
4任一项所述的电化学传感器的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将Fe/ZIF
‑
8加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺中，超声分散得到Fe/ZIF
‑
8悬浮液；将Fe/ZIF
‑
8悬浮液滴加到预处理后的基底电极表面，干燥，得到Fe/ZIF
‑
8/GCE电极；(2)在Fe/ZIF
‑
8/GCE电极上沉积纳米金颗粒，得到AuNPs/Fe/ZIF
‑
8/GCE电极；(3)将Pb
2+
‑
DNAzyme的底物链S1与酶链S2进行温育反应，得到杂交后的混合液；将混合液与三羧乙基膦溶液混合，得到DNAzyme混合液；将DNAzyme混合液滴加到AuNPs/Fe/ZIF
‑
8/GCE电极表面，通过金硫键将DNAzyme结合到电极上，用巯基乙醇(MCH)封闭未结合的作用位点，洗涤，干燥，制...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佩佩，王军，孙帅，章海波，谷成，李金玲，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：